DE2304162A1

DE2304162A1 - Elektronischer verstaerker mit hohem wirkungsgrad bzw. geringer elektrischer verlustleistung

Info

Publication number: DE2304162A1
Application number: DE19732304162
Authority: DE
Inventors: Robert Sczech
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-01-29
Filing date: 1973-01-29
Publication date: 1974-08-15
Also published as: DE2304162C3; DE2304162B2

Description

Beschreibun. der Patentanmeldung "Elektronischer Verstärker mit hohem Wirkungsgrad bzw. geringer elektrischer Verlustleistung".
Die Erfindung betrifft elektronische Verst@rker mit hohem Wirkungsgrad bzw. geringer elektrischer Verlustleistung, insbesondere alle Verstärker mit sehr hoher Ausgangsleistung (z.B.
Sendeverstärker und stabilisierte Netzger@te) und integrierte Verstärker (z.B. Operationsverstärker) für relativ hohe Lastströme.
Ein Gegentaktverstärker in Klasse-B Einstellung besitzt theoretisch einen Wirkungsgrad (Pa = Ausgangsleistung, Pmax = max. Ausgangsleitung des Verstärkers). Es ist nun bekannt, daß alle Verst@rker, die einen höheren @irkungsgrad haben, sogenannte Schaltverst@rker sind (PDM-Verst"rker, D-Verst@rker usw.). Der Wirkungsgrad dieser Verstärker läßt sich theoretisch beliebig groß (aber immer kleiner 100 %) und unabhängig von der Aussteuerung machen.
Diesem Vorteil stehen jedoch prinzipielle Nachteile gegenüber, wie kleine Bandbreite, beschränkte Anwendung von Rückkopplung und damit schlechte Linearität, vor allem aber der relativ hohe Aufwand an hochwertigen (und damit teuren) reaktiven Bauelemeten (Spulen und Fondensatoren). Alle diese fachteile besitzt ein Gegentakt-B-Verstärker bzw. ein sogenannter linearer Verst@rker nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile eines Schaltverstärkers, nämlich sehr hoher Wirkungsgrad, mit den Vorteilen der linearen Verstärker in einem Verst@rker zu vereini@en.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere (genauer: n Verstärker, n größer 2) lineare Verstärker mit jeweils unterschiedlicher, aber proressiv zunehmender Betriebsspannung parallelgeschaltet werden und in Abhängigkeit von der Verstärkerausgangspannung derart ausgesteuert werden, daß a) jeweils nur ein Verstärker den Laststrom führt b) bezogen auf die Ausgangspannung führt gerade derjenige Verstärker den Laststrom, dessen Betriebspannung die nächsthöhere Spannung ist. (s. Zeichnung, Bild 1) Um einen solchen Verstärker praktisch zu realisieren, beinhaltet die Erfindung ein Schaltbild (Bild 2, s. Zeichnung) für einen Transistor-Eintaktverstärker sowie ein Schaltbild für einen komplementär-symmetrischen Transistor-Gegentaktverstärker (s. Zeichnung, Bild 3).
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in der Köglichkeit, den Kühlaufwand für ein Verstärker zwecks Abführung der elektrischen Verlustleistung drastisch zu senken.
Ein Beispiel möge dies verdeutlichen: bei einem Klasse-B-Verstärker beträgt die max. Verlustleistung ca. 40% der max.
Ausgangsleistung. ei einem Verstärker im Sinne der Erfindung läßt sich die max. Verlustleistung ohne weiteres auf ca. 10% der max. Ausgangsleistung senken. Die folgende Tabelle gibt Auskunft über die nax. Verlustleistung in Abh. von der Anzahl parallelgeschalteter Verstärker: Anzahl d. V. (PV/PA)max. rel. Ausgangspannung 2 40,53 % 64 % 4 27,09 % 74 % 6 19,63 rJ 81 % 8 15,28 % 86 % 10 12,48 % 88 ß 12 10,53 % 89 % 14 9,10 % 91 w Diese Zahlen folen aus der Annahme: 1) sinusförmige Aussteuerung des Verstärkers, 2) Ui = i#U1 , wobei Ui=Betriebsspannung des i-ten Verst@rkers ist.
Eine weitere Verkleinerun- dieser Werte läßt sich erreichen, wenn man die einzelnen Betriebspannungen entsprechend der Verstärker-Aussteuerung optimiert (z.. bei Sendeverstärkern).
Die Zeichnungen enthalten: 1) Bild 1, das Prinzipsch@ltbild der Erfindung 2) Bild 2, das Sch@ltbild eines Transistor-Eintaktverstürkers im Sinne der @rfingung Bild 3, das Schaltbild eines Gegentakt-Verstärkers in Klasse--B-Einstellung im Sinne der Erfindung.
Erläuterungen zu Bild 1: Es gilt U1<Ui<Un und Ui < Ui+1' wobei Ui= die Betriebspannung des i-ten Verstärkers ist.
Der Einfachheit halber wurde für die Verst@rker ein Transistorsymbol verwendet, es sind aber beliebige Verst@rker gemeint.
Die Funktionscharakteristik des Pulshöhenanalysators ist derart, daß 1) stets nur ein Gate eöffnet ist 2) für Ui-1 # Ua # Ui ist das i-te Gate geöffnet (U0 = 0).
3) die Hysterese des Pulshöhenanalysators ist derart einestellt, daß die @bergangsverzerrungen zwischen den Verstnrkern minimal erden (nur bei HF-Antwendungen wichtig).
Erläuterungen zu Bild 2: T1, T2,....Tn stellen die parallelgeschalteten Verst@rker dar (es ist nur T1, T2 eingezeichnet).
Die @ombination Ti1, Ti2, (Differenzverstärker) übernimmt hier die Funktion des i-ten Gates ind des Pulshöhenanalysators.
Die eingezeichneten Dioden sch@tzen die Transistoren vor unerwünschten Durchbrüchen.
Bild 3 ist schlieklich das Schaltbild für einen komplementär symmetrischen Gegentakt-Verstärker, der vor Bild 2 abgeleitet wurde. Der bersicht wegen sind nur 4 parallelgeschaltete Verstärker eingezeichnet. @@s gleiche Schaltbild l@@t sich aber auf beliebig viele Verstärker erweitern.
Der "komplement@re" Differenzverstärker T1, T2 leitet die "obere" Signalhalbwelle dem "oberen" Verstärkerblock, bzw.
die untere Ilalbwelle ciein unteren Block zu.

Claims

Zur Patentanmeldung "Elektronischer Verst.3rker mit hohem

Wirkungsrad bzw. geringer elektrischer Verlustleistung" Patentansprüche 1. Elektronischer Verstarker mit hohem Wirkungsgrad bzw. geringer elektrischer Verlustleistung, insbesondere alle Verstärker mit schr hoher Ausgangsleistung (z.B. Sendeverstärker und stabilisicrte Netzgeräte) und intergrierte Verstärker (z.B.

Operationsverstärker) für relativ hohe Lastströme, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere (genauer: n Verstärker, n gröfJcr.2) lineare Verstärker mit jeweils unterschiedlicher, aber progressiv zunehmender Betriebspannung parallelgeschaltet worden und in Abhängigkeit von der Verstärkerausgangspannung derart ausgesteuert werden, daß a) jeweils nur ein Verstärker den Laststrom führt b) bezogen auf die Ausgangspannung führt gerade derjenige Verstärker den Laststrom, dessen Betriebspannung die nächsthöhere Spannung ist. (s. Zeichnung, Bild 1) 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker in Eintaktschaltung mit Transistoren gemäß dem Schaltbild nach Bild 2 (s. Zeichnung) aufgebaut ist.

3. Verstarker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker komplementär-symmetrisch mit Transistoren in Gegentaktachaltung gemäß dem Schaltbild nach Bild 3 (s. Zeichnung) aufgebaut ist..